新工科背景下自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)改革與教材建設(shè)*

張青春 紀(jì)劍祥 陳云（淮陰工學(xué)院；江蘇紅光儀表廠有限公司）

一 概述

新工科建設(shè)的核心內(nèi)涵是“以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”[1]。以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新[2]。

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程是我校電氣工程及自動(dòng)化、電子信息、機(jī)電工程、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、物聯(lián)網(wǎng)工程等專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程歸口自動(dòng)化學(xué)院測(cè)控系。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)要求系統(tǒng)性、實(shí)用性與先進(jìn)性相結(jié)合，理論與實(shí)踐相交融，既要注重傳統(tǒng)知識(shí)的講授，又要兼顧新技術(shù)、新成果的應(yīng)用。為順應(yīng)新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證的需要，我們廣泛開(kāi)展校企業(yè)合作，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)校級(jí)精品課程建設(shè)，新編《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》教材獲批“十三五”江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材。

二 課程的教學(xué)改革

1 教學(xué)內(nèi)容的整體優(yōu)化

新工科建設(shè)需要將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的最新要求引入教學(xué)過(guò)程，更新教學(xué)內(nèi)容和課程體系。教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)該結(jié)合工科專(zhuān)業(yè)特色，突出基礎(chǔ)和重點(diǎn)，強(qiáng)化應(yīng)用案例。注重理論與實(shí)踐、技術(shù)與應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一，案例選用應(yīng)充分考慮實(shí)用性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性和擴(kuò)展性，便于學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練時(shí)參考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

優(yōu)化后的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程體系分為檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)三大模塊。檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)模塊主要介紹傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、誤差理論和數(shù)據(jù)處理；傳感器技術(shù)模塊分別介紹溫度、力學(xué)、聲波、磁敏、光電、氣敏和濕敏等各類(lèi)傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、性能及其測(cè)量電路；自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)模塊主要介紹虛擬儀器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。內(nèi)容組織合理，內(nèi)容安排符合學(xué)習(xí)規(guī)律，邏輯性強(qiáng)，有利于教學(xué)。

2 教學(xué)方式的多樣化

將學(xué)生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段。摒棄傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂灌教學(xué)方式，逐步過(guò)渡到案例分析式、探究式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)法，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，推動(dòng)本科教學(xué)從“教的好”向“學(xué)的好”轉(zhuǎn)變。

案例分析對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率有著至關(guān)重要的作用，案例應(yīng)選擇學(xué)生熟悉的生活和專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。將“智能手機(jī)和全自動(dòng)洗衣機(jī)所使用的傳感器及其功能”、“為何使用聽(tīng)手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間通話會(huì)傷害大腦”等問(wèn)題引人課堂教學(xué)中，在課程各章中強(qiáng)化應(yīng)用實(shí)例的教學(xué)。

探究式教學(xué)法能讓學(xué)生通過(guò)應(yīng)用傳感器技術(shù)的基本原理，結(jié)合測(cè)量電路和微處理器，進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。如進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、橋梁安全監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅需要掌握自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程相關(guān)知識(shí)，而且需要綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、虛擬儀器、單片機(jī)等技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能。

翻轉(zhuǎn)課堂法是一種混合學(xué)習(xí)形式，學(xué)生通過(guò)手機(jī)、PC平臺(tái)課前觀看教師預(yù)先做好的教學(xué)視頻，并且在課堂上和教師面對(duì)面交流、討論和完成作業(yè)，可以利用有限的課時(shí)增強(qiáng)師生之間的教學(xué)互動(dòng)[3]。對(duì)于拓展的前沿知識(shí)，采用創(chuàng)作專(zhuān)題PPT、視頻、微課等教學(xué)手段，在網(wǎng)絡(luò)課堂上及時(shí)發(fā)布，最大限度發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)課堂的作用。

在教學(xué)的過(guò)程中，教師要改變教學(xué)觀念，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)手段。以學(xué)生為主體，弱化教師的作用，教師參與學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程并進(jìn)行必要的指導(dǎo)，形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式，從而提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

3 課程評(píng)價(jià)的過(guò)程化

課程評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種價(jià)值判斷，也為教師持續(xù)改進(jìn)教學(xué)工作提供參考，新教學(xué)形勢(shì)下的評(píng)價(jià)應(yīng)該是過(guò)程化、多方面的，才能真正反映出每個(gè)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。注重學(xué)生在每個(gè)學(xué)習(xí)階段學(xué)習(xí)結(jié)果，因材施教才是課程評(píng)價(jià)的實(shí)際意義。

在課程評(píng)價(jià)的過(guò)程中，改變了平時(shí)成績(jī)+期終考試成績(jī)的常規(guī)做法，現(xiàn)采用多種形式相結(jié)合的課程評(píng)價(jià)方法。將課堂提問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)課堂訪問(wèn)與討論、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)納入平時(shí)成績(jī)考核范圍，合理設(shè)置各項(xiàng)的權(quán)重，明確具體要求；在此基礎(chǔ)上，增加1～2次階段性考試，采用靈活的考核方式，可選擇在網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行，不占用有限的課堂教學(xué)時(shí)間。課程結(jié)束后，按30%平時(shí)成績(jī)+30%階段性考試+40%期終考試，評(píng)定學(xué)生的實(shí)際成績(jī)。通過(guò)課程評(píng)價(jià)的過(guò)程化改革，建立及時(shí)反饋和持續(xù)改進(jìn)的有效機(jī)制，可以及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，推動(dòng)人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提升。

三 立體化教學(xué)資源的應(yīng)用

1 在線網(wǎng)絡(luò)課堂

依托學(xué)校的泛亞網(wǎng)絡(luò)課堂平臺(tái)，建成了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)精品課程網(wǎng)絡(luò)課堂。課程介紹詳細(xì)、課程體系及學(xué)習(xí)要求明確；課程教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表、理論課程教案、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)等課程公共資源資料齊全，已全部上網(wǎng)，供教學(xué)參考；按章節(jié)制作多媒體課件，根據(jù)教學(xué)大綱供教師和學(xué)生選用；按章節(jié)知識(shí)點(diǎn)制作MOOC視頻，圖文并茂，內(nèi)容翔實(shí)，重點(diǎn)、難點(diǎn)突出，部分視頻體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人的最新成果，作為課程教學(xué)的知識(shí)拓展和延伸。建成完整的習(xí)題庫(kù)、作業(yè)庫(kù)和試卷庫(kù)，供學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)參考。

2 創(chuàng)新拓展教學(xué)資源

圍繞無(wú)線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)建立了多個(gè)專(zhuān)題創(chuàng)作，成果均來(lái)源于教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員科研項(xiàng)目、本科生和研究生的創(chuàng)新項(xiàng)目；提供了參考教材、參考期刊和網(wǎng)站網(wǎng)址的鏈接，方便學(xué)生了解前沿技術(shù)和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)；提供多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)合課堂理論教學(xué)，進(jìn)行虛擬仿真演示，加深對(duì)課程章節(jié)傳感器特性和工作原理的理解，強(qiáng)化傳感器的實(shí)用性；提供了多個(gè)傳感器應(yīng)用案例和全國(guó)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)案例資料匯編，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

3 教學(xué)管理

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)課堂發(fā)布通知、發(fā)布作業(yè)、發(fā)布階段性考試，網(wǎng)站內(nèi)容及時(shí)更新；

學(xué)生在網(wǎng)上規(guī)定的時(shí)間段完成作業(yè)和階段性考試并按時(shí)提交，教師網(wǎng)上評(píng)閱作業(yè)、試卷，成績(jī)自動(dòng)生成和保存；教學(xué)檔案及過(guò)程材料自動(dòng)保留，學(xué)生學(xué)習(xí)記錄、作業(yè)、測(cè)試、訪問(wèn)情況自動(dòng)保存和統(tǒng)計(jì)，為評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果提供依據(jù)；利用網(wǎng)絡(luò)課堂可實(shí)現(xiàn)在線討論和答疑。

四 教材建設(shè)的特色與創(chuàng)新

教材在保證課程的基本理論、基本方法和基本技能訓(xùn)練的傳統(tǒng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在內(nèi)容闡述上賦予新技術(shù)、新方法和新應(yīng)用，注重最新科研成果在課程中的滲透，結(jié)合專(zhuān)業(yè)和學(xué)科特點(diǎn)，突出應(yīng)用性，具有一定學(xué)術(shù)價(jià)值。主要特色與創(chuàng)新體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1 精選教學(xué)內(nèi)容，融入新技術(shù)

內(nèi)容的選取根據(jù)我國(guó)當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)及科研應(yīng)用的實(shí)際出發(fā)，以信息的傳感、轉(zhuǎn)換、處理為核心，從基本概念入手，分別介紹各類(lèi)傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、性能及其測(cè)量電路。既介紹傳統(tǒng)的傳感器，也介紹新型傳感器、集成傳感器，還介紹了虛擬儀器、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)。

2 采用模塊化結(jié)構(gòu)，符合學(xué)習(xí)規(guī)律

本教材共分為三大模塊。第1-2章為檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)模塊，介紹傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、誤差理論和數(shù)據(jù)處理；第3-8章為傳感器技術(shù)模塊，介紹各類(lèi)傳感器原理及應(yīng)用；第9-11章為自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)模塊，介紹虛擬儀器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。教材編寫(xiě)體系創(chuàng)新，內(nèi)容組織合理，內(nèi)容安排符合學(xué)習(xí)規(guī)律，邏輯性強(qiáng)，有利于教學(xué)。教材中重點(diǎn)內(nèi)容突出、難點(diǎn)得到分解，便于初學(xué)者理解和掌握，較好地處理了本課程內(nèi)容多課時(shí)少的問(wèn)題。

3 注重案例教學(xué)，強(qiáng)化成果應(yīng)用

第3～8章介紹傳感器原理及應(yīng)用，各章均安排了典型應(yīng)用部分，針對(duì)不同類(lèi)型的傳感器給出應(yīng)用實(shí)例；第11章自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，給出了研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、虛擬儀器和物聯(lián)網(wǎng)方面的多個(gè)研究成果案例，供讀者在進(jìn)行相關(guān)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)參考。

4 創(chuàng)新課程體系，增強(qiáng)實(shí)用性

區(qū)別于傳統(tǒng)教材按工作原理分章的方法，本教材傳感器技術(shù)部分采用按被測(cè)量（輸入量）分章，進(jìn)行傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)的講解，有利于學(xué)生及使用者對(duì)傳感器進(jìn)行比較、選型，突出了教材的實(shí)用性，構(gòu)建了全新的課程教材體系。

總之，根據(jù)新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證的要求，結(jié)合自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐，闡述了在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和課程評(píng)價(jià)等方面的改革；依托網(wǎng)絡(luò)課堂的課程建設(shè)成果，闡述立體化教學(xué)資源的應(yīng)用和成效；圍繞新編的《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》“十三五”江蘇省重點(diǎn)教材建設(shè)，重點(diǎn)闡述了教材的特色和創(chuàng)新點(diǎn)。通過(guò)課程建設(shè)和改革，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主性，提升了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)了專(zhuān)業(yè)建設(shè)和學(xué)科建設(shè)。